1. 서론

현재 급격한 기후변화 또는 인간의 개발에 인한 생태계 파괴에 의하여 매우 빠르게 생태계 환경변화가 나타나고 있다(IPCC, 2019). 이 중 연안지역은 자연환경의 변화에 가장 민감하게 반응하는 지역 중 하나로서 육상과 해양, 그리고 인간과 각종 동•식물들이 함께 중첩되어 기후변화에 직접적인 영향이 나타날 수 있다. 그에 따라 최근 전세계적으로 연안 지역에 대한 다양한 환경조사들을 통해 각종 연안 생태계 환경 모니터링 프로그램들을 진행하고 있으며 대표적으로 유럽의 EMODnet(European marine observation and data network), 미국의 Office for Coastral Management을 예로 들 수 있다(https://www.emodnet-humanactivities.eu, https://coast.noaa.gov). 국내에서는 위에 언급한 프로젝트와 유사하게 연안 생태계 종합 모니터링의 개념으로 과제를 수행했거나 수행해오고 있다(KIOST, 2019). 한편 2019년 들어 해양공간계획법 시행에 따라 해양공간계획을 도입하여 해양공간종합지도를 통해 활용할 예정에 있다(https://www.msp.go.kr/main.do)

연안 생태계 환경 모니터링의 경우 기본적으로 서식지 환경 맵핑을 통해 해저지형과 해저면 환경에 대한 조사가 필요하며 이를 위해 해저지형 조사 및 해저면 환경(해저면 영상 및 해저퇴적물 분포)조사가 필수적이다. 이러한 조사결과를 이용하여 연구지역에 대한 서식지 환경 맵핑 주제도 및 분석을 통해 해양생물과 같은 다양한 환경 모니터링 조사결과와 연계할 수 있다. 본 연구는 동해 남부에 해당하는 울산 일산해변에 존재하는 선암 주변 지역을 대상으로 서식지 환경 정밀 모니터링 조사를 통해 서식지 환경 특성을 파악하고자 하였으며, 이를 위해 정밀 해저 지형 및 해저면 영상 조사를 수행하였고 정밀 해저 지형도와 해저면 영상도를 제작하였다.

2. 본론

2.1. 조사지역

본 연구는 울산 일산해변 선암 주변의 약 500 m x 500 m 해역 범위에 존재하는 사질-암반 해역에 해당되며 바다가 육지쪽으로 들어와 있는 일종의 소형 만(Bay) 지역으로 울산 일산 해변으로부터 약 850 m 정도 떨어져 서쪽 연안과 동쪽 외해가 이어지는 오목한 만 입구 길목 가운데 위치한다(Fig. 1). 연구지역이 포함된 울산 남동부 지역은 대체적으로 중생대 백악기에 퇴적된 경상계 신라군층 울산층이 분포하며 우리나라 전역에 광범위하게 일어난 백악기 말 화성활동으로 인해 기존 퇴적암류에 경상계 불국사층군 반상흑운모화강암, 심성암류, 반심성암류 및 맥암류가 관입된 지역이다(Park and Yoon, 1968; Fig. 2). 선암은 총 6개의 섬들로 구성된 바위섬이다(http://uii.mof.go.kr). 선암 주변에는 사질 지대가 우세하게 분포하고 일부분 암석 지대가 혼합된 형태로 나타나며 이는 동해에 발달되어 있는 사질-암석 지대가 잘 나타나는 형태와 유사하다(Lee, 2014; Kim and Lee, 2015; Lee et al., 2020). 일산 연안은 동해 북부 강릉지역에서 나타난 화강암류 분포지에서 사질 해안이 우세하다고 보는 지역과 유사한 특징을 보이고 있다(Kim and Hwang, 2011; Lee at al., 2020).

2.2. 자료획득

본 연구의 조사시기는 2018년 5월 9일부터 5월 12일까지 소형 선박을 용선하여 정밀 해저지형 및 해저면 영상 조사를 수행하였으며 조사 장비는 다중빔 음향측심기(Multi-beam Echo Sounder)인 R2Sonic 사의 Sonic 2020와 EdgeTech사의 4215 천해용 영상 탐사기를 활용하였다(Fig. 3). 해저지형 조사 시 주사범위는 좌우 65°/65°로 약 200 kHz 주파수 대역을 이용하여 자료를 획득하였다. 연구지역인 선암 주변은 수심이 매우 얕은 지역으로서 주변 암초로 인해 조사 선박이 선암 주변으로 접근이 용이하지 않아 자료획득의 어려운 점이 있었다. 따라서 선박 접근이 용이한 지역과 그렇지 않은 지역을 구분하였으며 먼저 선박 접근이 용이한 지역을 선조사하였다. 이후 조사 범위 중 접근이 용이하지 않은 지역에서는 음향측심기의 센서를 선박의 외곽 방향으로 약 20° 기울여서(Tilt) 고정하여 수중 빔의 최대 도달 범위를 확장하여 조사하기 어려운 지역에 대한 수심자료를 최대한 획득하였다. 해저면 영상 조사 시 약 400/900 kHz 듀얼 주파수를 운영하여 자료를 획득하였다. 운용방법은 연구지역의 수심이 매우 얕음으로 인해 layout 방식으로 tow했을 시 장비의 손망실이 우려되어 해저면 영상기 탐사기를 음향측심기를 장착할 수 있는 프레임에 장착 및 고정하여 조사를 수행하였다.

2.3. 자료처리

취득한 자료는 CARIS 사의 Hips & Sips 프로그램을 활용하여 후처리하였다. 해저지형 자료처리는 자세(Navigation/Altitude) 보정, 조위(Tide) 보정, 음속(Sound Velocity Profile) 보정, 깊이오류 제거(Filtering) 과정, 오측빔 제거(Swath, Subset) 과정을 수행하였다(CARIS, 2022). 보정이 이루어진 후 보정에 사용된 수심 평면도에 대한 오차 확인 과정을 거쳐 최종 수심 자료를 추출하였다. 추출된 최종 수심자료는 해저지형 자료는 QPS 사의 Fledermaus 프로그램을 활용하여 2차원 또는 3차원으로 구현하였으며 최종적으로 DEM(Digital Elevation Model)을 생성하였다. 해저면 영상 자료처리는 Chesapeake 사의 SonarWiz 프로그램을 활용하여 후처리하였다. 원시자료 파일을 변환하여 모자이크를 생성한 후 해저면 영상을 기록할 때 선박의 움직임과 반사된 빔과 선박과의 거리에서 야기될 수 있는 오차를 보정하기 위해 위치(Navigation) 보정, 수주(Water column) 기록 및 Bottom Tracking 보정 및 AGC(Automatic Gain Control) 보정, BAC(Beam Angle Correction) 보정, UGC(User-defined Gain Control) 보정, TVG(Time varied Gain) 보정, 오측 영상 부분 제거(Clear Segment) 과정을 수행하였다. 최종적으로 보정된 자료를 해저면 영상도 Geotiff로 추출하였다(Chesapeake Technology, 2022).

3. 결과 및 고찰

연구지역에 분포하는 수중암반 지대는 수심 약 3 ~ 9 m 구간 범위에서 나타난다. 주로 동쪽 해역에 다수 분포하고 서쪽 해역에도 일부 존재한다(Fig. 4). 특히 동쪽 해역의 수중암반들은 큰 암반이 여러 형태로 갈라져 있으며 그 방향은 주로 N-S 방향을 가지고 있다. 암석의 갈라짐 방향은 연구지역에 형성된 소규모 우수향의 주향이동 단층들의 영향일 것으로 판단된다(Park and Yang, 1968a, 1968b). 서쪽 해역의 선암 주변 지역 수중암반 지대의 경우 동쪽 해역 선암 주변 수중암반 지대보다는 좀 더 작은 규모이며 일부는 남서쪽에 이격되어 나타나고 남서쪽의 수중암반의 형태는 가늘고 긴 매우 불규칙한 형태를 띄고 있다. 수중암반 지대를 제외하면 연구지역은 전체적으로 사질 퇴적지역이 넓게 형성된 것으로 예상되며 인공구조물은 존재하지 않는 것으로 파악된다(KIOST, 2019).

연구지역은 노출암인 선암부터 수심 약 23 m까지 비교적 얕은 수심대가 분포하며 선암을 중심으로 동쪽과 남쪽 해역, 서쪽과 북쪽 해역의 해저 지형 양상이 조금씩 다르게 나타난다(Fig. 5A). 동쪽 해역의 경우 선암 주변에 인접한 수중암반 지대를 지나면서 외해로 이어지면서 평균 수심 약 20 m대로 바로 깊어진다(Fig. 5B). 남쪽 해역은 동쪽 해역과 유사한 형태로 평균 수심이 약 20 m대로 깊어지지만 선암 주변에는 수중암반 지대가 거의 존재하지 않는다(Fig. 5C). 서쪽 해역에서는 동쪽과 남쪽 해역에 비해 상대적으로 완만하게 얕아지며 평균 수심은 10 ~ 12 m대에 이르고 북서쪽은 구릉 지형이 완만하게 나타난다(Fig. 5D). 북쪽 해역은 서쪽 해역과 같이 수심이 완만한 얕아지고 평균 수심은 약 7 ~ 10 m대로 나타난다(Fig. 5E). 북쪽과 남쪽 연안 경계 주변에는 암반 지역이 대부분 분포하고 있으며 만 입구에 해당하는 육지지역과 이어진다.

해저지형 자료는 음파가 해저면에 반사되어 되돌아오는 시간을 이용하여 획득한 자료이지만 해저면 영상 자료는 음파가 반사되어 되돌아 온 음향신호의 강도를 이용하여 영상으로 표현한 자료이다. 따라서 해저면 영상 자료로부터 해저면에 존재하는 표층 퇴적물의 분포특징, 암반의 분포상태 및 해저이상체에 대한 정보를 취득하는데 있어 매우 유용하다(Son, 2010). 해저지형 자료에서 넓게 형성되어 있을 것이라 예상되는 사질 퇴적 지대 지역에서는 비교적 균일한 패턴의 반사강도가 나타나는 것으로 보아 동해안에서 흔히 보이는 사질 또는 니질 퇴적물이 우세하게 퇴적되었을 것으로 예상된다. 수중암반지대로 예상되는 선암 주변의 동쪽 및 서쪽 인접 지역, 그리고 북부 및 남부 연안 해역에서 불규칙하며 복잡한 반사 패턴의 음향강도가 나타나며 이는 얕은 수심 지형에서 존재하는 수중암반 지대와 거의 일치하는 것으로 보인다(Fig. 6 and Fig. 7, KIOST, 2019). 한편 전체적인 음향강도의 패턴은 수심변화에 따라 변화하지 않은 것으로 보여 수심자료와 음향강도의 상관성은 높지 않은 것으로 판단된다. 좀 더 자세히 살펴보면 사질 퇴적물 지대에서 특히 남서쪽과 남쪽, 그리고 남동쪽 해역의 음향기복은 타 사질 퇴적물 지대보다 좀 더 어두운 색으로 표현된다. 이는 주로 해역마다 존재하는 퇴적물 분포의 미세한 차이에 인한 음향강도가 나타나는 것으로 예상된다.

4. 결론 및 토의

본 연구에서는 다중빔 음향 측심기 및 해저면 영상 탐사기 기반으로 생산한 울산 일산해변 선암 주변 정밀 해저 지형 및 해저면 영상 데이터셋을 제공한다. 선암 지역에서 생성된 정밀 해저 지형 및 해저면 영상 데이터셋은 향후 여러 해저환경 자료를 분석한 서식지 환경 맵핑의 기본 자료로 활용할 수 있으며 타 분야(해양물리, 해양생물) 환경 모니터링 자료와 연계하여 좀 더 다양한 분석이 가능하다. 추가 고해상 자료(초분광센서 및 라이다 등)들을 활용한다면 더욱 정밀하고 종합적인 서식지 환경 특성 분석 연구를 수행할 수 있을 것으로 예상된다.

Acknowledgements

본 연구는 한국해양과학기술원 주요사업 “기후변화에 따른 동해 연안 갯녹음 유발요인 검증 원천기술 개발(PEA0016)” 과제의 지원으로 수행되었습니다.

Fig. 1.

Location of the study area around the Seanam, Ilsan beach, Ulsan

Fig. 2.

Geological map around Ulsan area by KIGAM(1968, A) and Ilsan beach by Choi et al.(2003, B) in the southern shore of Korea peninsula

Fig. 3.

A) research vessel, B) multi-beam echo sounder (Sonic 2020, R2SONIC Co.), and C) side scan sonar (4125, EdgeTech Co.) for the detailed bathymetry and seafloor image survey.

Fig. 4.

The detailed bathymetry map around the Seonam study area

Fig. 5.

Bathymetry profiles from detailed bathymetry data around the Seonam. A) Each Profiles direction, B) the profile of the eastern part, C) the profile of the southern part, D) the profile of the western part, and E) the profile of the northern part

Fig. 6.

The seafloor image map around the Seonam study area

Fig. 7.

The seafloor image and seabed classification map around the Seonam study area expressed from detailed bathymetry and side scan sonar image data

참고문헌

• European marine observation and data network (2022) https://www.emodnet-humanactivities.eu
• Hips & Ships User Guide (2022) CARIS
• IPCC (2019) IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. In: Pörtner H.-O., Roberts D.C., Masson-Delmotte V., Zhai P., Tignor M., Poloczanska E., Mintenbeck K., Alegría A., Nicolai M., Okem A., Petzold J., Rama B., Weyer N.M., editors. 2019 Intergovernmental Panel on Climate Change. p. 321–674
• Kim Y.H., Hwang J.H. (2011) Geology Report of the Gangneung-Jumunjin Sheets. Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
• Kim D.S., Lee K.R. (2015) Seasonal Changes of Shorelines and Beaches on East Sea Coast, South Korea. Journal of the Korean Geophysical Society 50(2):147–164
• KIOST (2019) Eco-mapping and characterization of soft-hard bottom area in the shore of the East Sea(Eco-COAST), BSPE99627-11966-3
• Park Y.D., Yoon H.D. (1968a) Geology Report of the Ulsan Sheets. Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
• Park Y.D., Yoon H.D. (1968b) Geology Report of the Bangeojin Sheets. Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
• Lee, K.R. (2014) The factors and changes of long-term and season at shoreline and beach landform in East Coast, Ministry of Science, ICT and Future Planing, NRF-2012S1A5A2A01014799
• Lee M.H., Rho H. S., Lee H. G., Park C. H., Kim C. H. (2020) Analysis of Seabottom and Habitat Environment Characteristics based on Detailed Bathymetry in the Northern Shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung). Economic and Environmental Geology 53(6):729–742
• Office for Coastral Management, NOAA (2022) https://coast.noaa.gov
• Ministry of Oceans and Fisheries, Republic of Korea http://uii.mof.go.kr
• Ministry of Oceans and Fisheries, Republic of Korea https://www.msp.go.kr/main.do
• Son S.W. (2010) Acoustic Backscattering Measurements from two-typs of Bottom Roughness. Marine Science and Convergence Engineering. The Graduate School Hanyang University, Ansan; 28–34
• SonarWiz User Guide (2022) Chesapeake Technology

Appendix

Figure & Data

References

Citations

Citations to this article as recorded by